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Ｃａｓｔｉｎｇ·Ｆｏｒｇｉｎｇ·Ｗｅｌｄｉｎｇ 金属铸锻焊技术
磨、精密合金，高温合金以及铝、镁等轻合金的组 织和性能都得到了改善。下面以部分高温合金及 硅铝合金为例作简要介绍。 2.1 喷射沉积技术在高温合金制造中的应用
高温合金是发动机制造必需的材料， 其制坯 工艺受到工业界的普遍重视。采用喷射沉积制坯， 不但能改善高温合金的显微结构和性能， 还可以 直接生产成最终形状或接近最终形状的产品，提 高材料的利用率，降低产品的成本。喷射沉积制坯 高温合金的显微结构比熔铸材料均匀， 特别是为 改善强度和高温性能增加了溶质含量的合金，其 性能如拉伸、蠕变抗力、应力断裂和低周疲劳性能 改善尤为明显。另一方面还解决了导致高温合金 性能恶化的两种主要缺陷：气孔和夹杂。 2.2 喷射沉积技术在硅铝合金制造中的应用
板
复合材料
涂层、涂层管，镀层棒钢，涂层 锅炉钢，不锈钢，工具钢，耐磨板，
镀层 带钢，涂层板钢
轴承合金
2 喷射沉积在合金制造中的应用
喷射沉积技术目前已被广泛用来研究和开发 多种快速凝固材料，取得了很好的效果，所研制的 不锈钢，工具钢，高强度低合金钢，高合金铸铁，耐
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Ｈｏｔ Ｗｏｒｋｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ２００８， Ｖｏｌ．３７， Ｎｏ．１５
喷射沉积技术是在 Ｏｓｐｒａｙ 技术的基础上增 加真空熔化处理技术而形成的。预处理的合金在 坩埚中通过真空感应冶炼后， 通过漏斗状计量口 流入 Ｏｓｐｒｅｙ 工艺装置，熔化的合金流经过 ２ 次高 纯度的氩气雾化成很细的雾滴［３］。再将雾化后的 金属熔滴直接喷射到金属基底， 在基底上沉积形 成半凝固沉积层， 依靠金属基底的热传导使沉积 层不断地凝固形成较致密的预制坯料。通过更换 不同形状的冷却机体而喷雾成形各种形状的预制 坯（如圆盘、块坯、环形坯或管坯等），随后进行锻 造。合金沉积的形状和厚度通过芯棒的退回来控 制。其生产环类或壳类零件长达 １．５ ｍ， 直径达 ５１．４ ｍ。在合金熔化过程中，允许添加其他合金，不 像常规制坯那样要进行严格地隔离［４］。一般情况 下，氧含量 ＜１０ ｐｐｍ，氮含量 ＜６０ ｐｐｍ。喷射沉积技
８０００ｍｍ 不锈钢管 （瑞典 ＳａｎｄｖｉｃｋＳｔｅｅｌ）； 宽 １２００
ｍｍ、长 ４０００ｍｍ、厚 １０ｍｍ 板材（西德 Ｍａｎｎｅｓｍａｎｎ
Ｄｅｍａｒｋ）；准２５０ｍｍ 盘坯和 准１５０ ｍｍ×１０００ ｍｍ棒坯
（英国 Ｏｓｐｒａｙ）；日本信友重工生产大型冷轧辊；Ａｌｃａｎ
Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ 喷射沉积１５０ ｍｍ×１０００ｍｍＡｌ２ＳｉＣ 棒
收稿日期：２００８－０４－１１ 基金项目:湖南衡阳市市级科研基金资助项目（０６ＫＪ５７） 作者简介：任芝兰（１９７１－），女，湖南祁阳人，副教授，硕士，现从事
材料加工科学，焊接工艺及机械设计等教研工作； 电话：１３８７５６０３２４３；Ｅ－ｍａｉｌ：ｒｚｈｌａｎ＠１６３．ｃｏｍ
一技术可以得到一般快速凝固方法无法得到的大 尺寸的金属实体。总之，雾化喷射沉积技术既克服 了传统铸造过程中存在的晶粒粗大、偏析严重的 缺点，又屏弃了粉末冶金工艺中工序繁多、氧化严 重等不足，同时又兼有粉末冶金技术的优点，是一 种极具竞争力的快速凝固工艺。因此引起了各国 科技、企业界的广泛重视，得到了迅速的发展。
金属的喷射沉积技术是一种新的金属成形工 艺。由于人们对液态金属经雾化到动态固结这一 过程的不同理解， 它往往又被冠之以喷射成形 （ＳＦ）、喷 射 沉 积 （ＳＤ）、喷 射 铸 造 （ＳＣ）、液 体 动 态 固 结（ＬＤＣ）及控制喷射沉积（ＣＳＤ）等名称。
喷射成形的概念最早是由英国 Ｓｗａｎｓｅａ 大学 冶金及材料工程系 Ｓｉｎｇｅｒ 教授于 １９６８ 年首先提 出，并于 １９７２ 年获得专利［１］，而作为一种工程技术 则是从 １９７４ 年英国 Ｏｓｐｒａｙ Ｍｅｔａｌｓ 公司取得专利 权开始。喷射成形技术包括金属熔化、雾化和沉 积等三个工艺过程。即将金属熔化成液态金属后， 雾化成熔滴颗粒， 随即直接沉积在具有一定形状 的收集器上，从而获得致密的大块金属实体。这一 过程全部是在密闭舱体内完成， 完全取消了粉末 处理、烧结等工序，避免了金属的污染。由于液态 金属是在惰性气流作用下雾化和沉积， 所获得的 金属实体具有偏析小、晶粒细小等特性［２］。利用这
喷射沉积技术作为高性能结构件的一种先进 冶金制坯技术逐渐受到广泛的重视。利用喷射沉 积技术可以使合金零件的制造既快捷又经济。如 高质量镍基超强合金用于涡喷发动机生产， 通过 一步转换就能制成预成型的环类或壳类毛坯，大 大缩短了制坯的生产周期，简化工艺过程。
1 喷射沉积装置及主要工业化产品
图 １ 为典型的喷射沉积装置示意图［５］。整个
由于 Ｓｉ－Ａ ｌ 合金中含有极硬的硅粒子，加以铝 基体比较软， 常规坯料在加工时很难保证加工精 度和低的表面粗糙度及好的表面形状， 且刀具易 磨损，加工高温铝合金就更不易了。但采用 Ｏｓｐｒａｙ
工艺制坯的高硅（wＳｉ≯７０％）Ｓｉ－Ａ ｌ 合金，利用钛氮 化物涂层硬质合金刀具可以顺利地进行机械加 工，表面粗糙度 Ra≤１．６ 滋ｍ，甚至还可以加工出棱 边。在钻孔时，若钻头上涂一层很薄（＜１０滋ｍ）的复晶 金刚石（ＰＣＤ）涂层，还可避免孔口的塌陷。对非环形 槽等可以采用电火花、激光等方便地加工出来。
ＲＥＮ Ｚｈｉｌａｎ， ＺＨＡＮＧ Ｒｏｎｇ
（Mechanical Department, east－branch of Hunan Engineering College, Hengyang ４２１００２，%China） Abstract： Ｔｈｅ ｓｐｒａｙ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ａ ｎｅｗ ｍｅｔａｌ ｆｏｒｍｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ． Ａｓ ａｎ ａｄｖａｎｃｅｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ｉｔ ｗａｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｍｏｒｅ ｗｉｄｅｌｙ ｉｎ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｈｉｇｈ－ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｂｌａｎｋｓ． Ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｗａｓ ｒｅｖｉｅｗｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ｓｐｒａｙ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｓｕｐｅｒａｌｌｏｙｓ ａｎｄ ｓｉｌｉｃｏｎ ａｌｕｍｉｎｉｕｍ ａｌｌｏｙｓ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ． Key words：ｓｐｒａｙ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ； ａｌｌｏｙ； ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ
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１－ 雾化沉积室 ２－ 石墨加热体 ３－ 塞杆 ４－ 电偶 ５－ 坩埚 ６－ 磁调电源 ７－ 油增压泵 ８－ 罗茨泵 ９－ 机械泵 １０－ 调压阀 １１－ 电偶接线柱 １２－ 气瓶 １３－ 雾化器 １４－ 沉积器 １５－ 旋风分离器 １６－ 窥视孔 １７－ 球阀 １８、１９－ 收粉罐
沉积装置分为两类： 一类通常仅限于生产铁钴、
镍、铜等常规合金；另一类是用于生产铝、钛、镁等
活泼金属。后一类炉体要求复杂，而且要求雾化沉
积室要有高的真空度及良好的防爆装置， 以保证
活泼金属能够很好地进行熔化、雾化和沉积而不
发生意外事故。
自 １９７４ 年 Ｏｓｐｒａｙ Ｍｅｔａｌｓ 公司取得喷射沉积
技术的专利后，这一技术的工业化进程便开始了。
坯。此外一些高温合金生产、使用厂家如美国 ＧＥ、
Ｈｏｗｍｅｔ、Ｃａｂｏｔ 等也建立了生产或实验型装置。综
上所述，喷射成形作为一种科学技术，已逐渐趋于成
熟，并开始向商业化、工业化迈进。
表 1 喷射沉积技术生产的接近最终成型尺寸的产品 Tab.1 The products of approximate final forming size
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●综 述●
Ｃａｓｔｉｎｇ·Ｆｏｒｇｉｎｇ·Ｗｅｌｄｉｎｇ 金属铸锻焊技术
喷射沉积技术的发展及其在合金制造中的应用
任芝兰，张 蓉
（湖南工学院 机械系，湖南 衡阳 ４２１００２）
摘 要：喷射沉积技术是一种新的金属成形工艺，作为高性能结构件的一种先进制坯技术，应用来愈广泛。
本文对该工艺进行了综述，并介绍了喷射沉积技术的特点及其在高温合金和硅铝合金制造中的应用。
关键词：喷射沉积；合金；制造
中图分类号：ＴＧ２９４
文献标识码：Ａ%
文章编号：１００１－３８１４（２００８）１５－０１２５－０３
Development of Spray Deposition Technology and Its Application in Manufacture of Alloys
using spray deposition technology
产品
金属材料
管状
管子，轧辊 ／ 辊子，圆筒 铸铁，高合金钢，铝合金，高温合 内衬，透平环，轴承环 金，高速钢，不锈钢
棒坯锭 挤压坯，锻坯，圆坏
铝合金，复合材料，高温合金，高 合金钢
带材
带钢，有色金属带，装甲 低合金，硅钢，铜，铝合金，钢铝
在钢、铝合金、高温合金、复合材料及双金属材料
方面进行了广泛的研究。表 １ 列出了利用喷射成形
技术生产的接近最终尺寸的产品种类及其所用材
料［６］。近十几年内，北美、欧洲、日本及远东的一些公司
相继取得了 Ｏｓｐｒａｙ 公司的专利生产许可证，建立了
工业性或半工业性生产装置， 并制造出了一批大规
格的产品，如内径为 １００～４００ｍｍ、壁厚 ４０ｍｍ、长
喷射沉积硅铝合金经镀金处理后用作电子电 路中微波放大器的模块。无线电频率（ＲＦ）和微波 的封装材料要求极其严格， 如低的热膨胀系数 （ＣＴＥ）（与镓砷化合物和氧化铝相当或稍高）， 较高 的热传导性（＞１００ Ｗ·ｍ－１Ｋ－１），低密度（＜３ ｇ·ｃｍ－３），具 有一定的刚度（＞１００ ＧＰａ）。另外，还应便于加工、电 镀和激光焊接以及不受环境温度变化等因素的影 响。从这些要求看，Ｓｉ－Ａ ｌ 合金是比较理想的材料。 其优点随 Ｓｉ 含量的提高表现得尤为突出。但 Ｓｉ 含量过高， 尤其是超过共晶点时会形成粗大针状 或片状多角形 Ｓｉ 相， 严重降低合金的力学性能。 采用喷射沉积技术， 可显著改善合金的纤维组织， 减少偏析，提高合金固溶度等，使合金性能得以大 幅度提高。利用该技术得到一种新的合金，叫做可 控膨胀（ＣＥ）合金。ＣＥ 合金的 ＣＴＥ 可随着 Ｓｉ 含量 变化在 Ａｌ 和 Ｓｉ 的 ＣＴＥ 之间变化。ＣＥ 合金在封装 应用上也表现出明显的优点，其重量比纯铝轻 １５％ 以上，强度超过高强铝合金。ＣＴＥ 随温度变化不明 显， 当温度变化从-５０～３００℃时，ＣＴＥ 变化不超过 １０％， 弹性模量大于 １１０ ＧＰａ， 密度小， 刚度大，如 Ｓｉ－３０Ａｌ 是 ５３ ＧＰａ·ｃｍ ３／ ｇ， 与 Ｋｏｖａｒ （５４Ｆｅ－２９Ｎｉ－ １７Ｃｏ） 的 １７ ＧＰａ·ｃｍ３／ｇ 和 Ｃｕ２７５Ｗ 的 １５ ＧＰａ· ｃｍ３／ｇ 相比要高得多。